JPH0740854Y2 - 長尺垂直サーモサイホン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、地熱の抽出などに用いることのできるサー
モサイホンに関するものである。

従来の技術 周知のようにサーモサイホンは、空気などの非凝縮性ガ
スを真空排気した密閉管の内部に水などの凝縮性の流体
を作動流体として封入し、その密閉管を鉛直方向に沿っ
て立てるとともに、その下端部側を外部から熱を与える
吸熱部とし、かつ上端部を熱を奪う放熱部としたもので
あって、吸熱部に与えられた熱によって内部の作動流体
が蒸発し、その蒸気が放熱部に流れた後に放熱液化する
ことにより、熱を作動流体の潜熱として輸送し、そして
液化した作動流体が重力によって液膜流となって吸熱部
に還流する。したがってサーモサイホンは下から上への
熱輸送を動力を要さずに行うことができる。しかしなが
らサーモサイホンが長尺かつ大型になると吸熱部内面全
体にわたって作動流体の液膜流を安定して生じさせるこ
とは困難になり、このめた吸熱部の全体に作動液を充分
供給することができない場合が生じる。

そこで本出願人党は、凝縮した作動流体を吸熱部の内面
の多数箇所に直接分散供給するよう構成したサーモサイ
ホンを特願昭60−260924号によって既に提案した。その
概略的な構成は第２図のとうりであって、ここに示す垂
直サーモサイホン10は、密閉管11の内部から空気等の非
凝縮性ガスを真空排気した後に、水などの目的とする動
作温度に適した凝縮性の流体を作動流体12として封入し
た構成である。そのサーモサイホン10の下端部側の大部
分が地中の高温部に埋設されて吸熱部13とされている。
またサーモサイホン10を構成する密閉管11のうち地上に
突き出ている上端部が、所定の箇所から下方に向けて曲
げられてリザーバ（液溜め部）14に連通され、かつその
リザーバ14よりわずか上側に放熱部15が形成されてい
る。放熱部15は、作動流体蒸気から熱を奪うことによ
り、作動流体12によって輸送した地中の熱を外部に取出
すためのものであって、地熱の利用形態に応じて各種の
構成のものを用いることができ、例えば前記密閉管11の
外側にジャケット16を取付け、その内部に水や空気など
の適宜の受熱媒体17を流して作動流体12との間で熱授受
を行なわせる構成とすればよい。またリザーバ14は、多
量の入熱があっても継続して熱輸送を行なうに充分な量
の液相作動流体12を貯溜できる容量を有し、その上端部
に作動流体注入用の注液バルブ18が取付けられている。
さらに前記リザーバ14の下部には、流量調整弁19を介し
て複数本の還流分配管20が接続されており、その各還流
分配管20は、前記密閉管11の外側から内側に貫通し、か
つ密閉管11のうち吸熱部13における上下に異なる位置で
内壁面に向けて開口している。

したがって第２図に示す従来のサーモサイホンでは、流
量調整弁19を開けば、リザーバ14に溜った作動液12が還
流分配管20を介して吸熱部13の内面の複数箇所に直接供
給されるので、吸熱部13の全体に充分に量の作動液12を
供給することができる。

考案が解決しようとする課題 ところでサーモサイホンを最も効率良く動作させるに
は、入熱量に応じた量の作動液を吸熱部13の内面に還流
させる必要があり、したがって入熱量が多い場合には、
前記流量調整弁19の開度を大きくして多量の作動液を還
流させることになる。このような場合には、各還流分配
管20での流量がそれぞれある程度確保されるために、吸
熱部13における上下各部分に対する作動液の供給量がほ
ぼ等しくなる。しかしながら入熱量が少ない場合には、
流量調整弁19を絞って還流量を減らすために、各還流分
配管20を流れる作動流体の量に偏りが生じ、上側の部分
での還流量が少なくなり、下側の部分にのみ作動液が供
給されるようになる。このような場合には、入熱部分へ
の作動液の供給不足が生じ、入熱部分での所謂ドライア
ウトが生じて熱輸送効率が低下する問題がある。

この考案は上記の従来のサーモサイホンを改良し、入熱
量が少ない場合でも熱輸送効率を向上させることのでき
るサーモサイホンを提供することを目的とするものであ
る。

課題を解決するための手段 この考案は、上記の目的を達成するために、下端部を高
温部に臨ませた吸熱部としかつ上端側に放熱部を設けた
密閉管の内部に、非凝縮性ガスを排気した状態で凝縮性
流体が封入され、その密閉管のうち前記放熱部よりわず
か下がった箇所に、液化した凝縮性流体を貯溜する液溜
め部が設けられ、その液溜め部には、前記密閉管のうち
前記高温部側に位置する下端内壁面に向けて開口する還
流分配管が流量調整弁を介して接続されている長尺垂直
サーモサイホンにおいて、一端部を前記液溜め部に連通
させるとともに他端部を前記密閉管のうち吸熱部の上端
部の内面に外側から接続して開口させかつ他の流量調整
弁を介装したバイパス管を設けたことを特徴とするもの
である。

作用 この考案のサーモサイホンにおいても、吸熱部に外部か
ら与えた熱によって密閉管の内部の凝縮性流体が蒸発
し、その蒸発が放熱部に流れるとともに、放熱部で外部
に熱を与えて凝縮し、かつ液体となって液溜め部に落下
する。そして流量調整弁および還流分配管を介して再
度、吸熱部の内面に供給される。吸熱部に対する入熱量
が多い場合には、各還流分配管の内部を流れる作動液の
量がほぼ等しく、したがって吸熱部の全体に対して必要
な量の作動液が供給されるが、入熱量の低下に伴って還
流量を減らした場合には、還流分配管を介して吸熱部の
上側の部分に供給される作動液の量が不足するので、こ
のような場合にはバイパス管の流量調整弁を開いてバイ
パス管から吸熱部の上側の部分に直接作動液を供給す
る。その作動液は重力によって吸熱部の内面に沿って液
膜流となって流下するので、入熱量が少ない場合であっ
ても充分な量の作動液が吸熱部の全体に供給される。す
なわち入熱量が少ない場合であっても、吸熱部における
局部的なドライアウトが生じることを防止し、効率良く
熱輸送を行なわせることができる。

実施例 つぎにこの考案の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの考案の一実施例を示す模式図であって、吸
熱部１を構成する蒸発管1aとその蒸発管1aの内部で生じ
た蒸気を流す蒸気流管1bとで密閉管が形成されている。
その蒸発管1aは上下両端部を密閉した直管であって、例
えば地中の高温部に位置するよう鉛直方向に沿って配置
されるものであり、また蒸気流管1bはその蒸発管1aの上
端部に接続されるとともに、蒸発管1aより更に上方に延
び、かつ所定の箇所で下方に屈曲され、その下端部にリ
ザーバ（液溜め部）２が形成されている。また蒸気流管
1bのうちリザーバ２よりわずかに上側の部分は放熱部３
であって、例えば水や空気などの受熱媒体４をジャケッ
ト3aを取付けた構成とされている。そして蒸発管1aおよ
び蒸気流管1bからなる密閉管の内部には、空気などの非
凝縮性ガスを排気した状態で水などの目的とする温度で
蒸発および凝縮する作動流体５が封入されている。

またリザーバ２の底部には、流量調整弁6aを介装した還
流分配管６が接続されている。その還流分配管６は前記
蒸発管1aの内部に挿入され、かつその挿入部分に多数の
噴射孔を形成したものであって、リザーバ２の内部の液
相の作動流体５を蒸発管1aの内面に向けて直接噴射して
供給するようになっている。さらにリザーバ２には、他
の流量調整弁7aを介装したバイパス管７が接続されてお
り、そのバイパス管７の下端部は、前記蒸発管1aの上端
外周部に外側から接続されてその内周面に開口し、液相
の作動流体５を蒸発管1aの上端側の内周面に直接供給し
て流下させるようになっている。

なお蒸発管1aの内周面には金網などの毛細管圧力を生じ
るウイックを必要に応じて設けてもよい。

つぎに上記のように構成したサーモサイホンの作用につ
いて説明すると、吸熱部１に対してある程度以上の入熱
がある場合には、還流分配管６における流量調整弁6aの
みを入熱量に応じた開度に開いてリザーバ２内の作動流
体５を蒸発管1aの内面に向けて還流分配管６を介して供
給する。その場合、作動流体５の還流量がある程度確保
されているので、還流分配管６の各噴射孔からはそれぞ
れの箇所での水頭圧に応じた量の作動流体５が蒸発管1a
の内面に向けて噴射され、その結果、蒸発管1aの内面全
体に必要量の作動流体５が供給される。そして蒸発管1a
の内面では、外部からの入熱によって作動流体５の蒸発
が生じ、その蒸気は蒸気流管1bを通って放熱部３に至
り、ここで受熱媒体４に熱を伝達して凝縮し、その結果
生じた液相の作動流体５はリザーバ２に溜まる。以降同
様にして作動流体５の潜熱として吸熱部１から放熱部３
に対して熱を輸送する。

また吸熱部１に対する入熱量が少ない場合には、還流分
配管６における流量調整弁6aの開度を絞って作動流体５
の流量を減すが、その場合、還流分配管６の下端部の
み、もしくはその近傍の噴射孔のみから作動流体５が噴
射され、還流分配管６を介した吸熱部１の上部への作動
流体５の供給量が不足することになる。そこで上記のサ
ーモサイホンでは、入熱量が少ない場合にバイパス管７
における流量調整弁7aをも開いて蒸気管1aの上部にリザ
ーバ２から作動流体５を供給する。その結果、蒸発管1a
の上側の部分にはバイパス管７から作動流体５が供給さ
れ、また下側の部分には還流分配管６を介して作動流体
５が供給され、したがって吸熱部１の全体に対して充分
に作動流体５が供給される。

なお、上記の実施例では、一本の還流分配管６に噴射孔
を形成して蒸発管の上下方向で異なる位置に作動流体を
直接供給する構成としたが、この考案は上記の実施例に
限定されるものではなく、還流分配管は第２図に示す従
来のサーモサイホンにおけると同様に下端部が上下の異
なる位置に開口する複数本のパイプによって構成しても
よい。

考案の効果 以上説明したようにこの考案の垂直サーモサイホンで
は、入熱量が少なくて還流分配管を介して吸熱部に還流
させる作動流体の量を減らした場合には、バイパス管を
介して吸熱部の上端部から作動流体を供給できるので、
たとえ入熱量が少なくても吸熱部における局部的なドラ
イアウトが生じることがなく、したがって熱輸送効率を
常時良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す模式図、第２図は本
出願人等が既に提案したサーモサイホンの模式図であ
る。 １…吸熱部、1a…蒸発管、1b…蒸気流管、２…リザー
バ、３…放熱部、４…受熱媒体、５…作動流体、６…還
流分配管、6a、7a…流量調整弁、７…バイパス管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 審判の合議体 審判長 中村 彰宏 審判官 歌門 恵 審判官 滝本 静雄 (56)参考文献 特開 昭62−123291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−60057（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】下端部を高温部に臨ませた吸熱部としかつ
   上端側に放熱部を設けた密閉管の内部に、非凝縮性ガス
   を排気した状態で凝縮性流体が封入され、その密閉管の
   うち前記放熱部よりわずか下がった箇所に、液化した凝
   縮性流体を貯溜する液溜め部が設けられ、その液溜め部
   には、前記密閉管のうち前記高温部側に位置する下端内
   壁面に向けて開口する還流分配管が流量調整弁を介して
   接続されている長尺垂直サーモサイホンにおいて、 一端部を前記液溜め部に連通させるとともに他端部を前
   記密閉管のうち吸熱部の上端部の内面に外側から接続し
   て開口させかつ他の流量調整弁を介装したバイパス管が
   設けられていることを特徴とする長尺垂直サーモサイホ
   ン。